《生物化学教学ppt课件》糖代谢.ppt

糖 代 谢,Metabolism of Carbohydrates,第 九 章,第 四 节 磷酸戊糖途径Pentose Phosphate Pathway,*概念,磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。,*细胞定位：胞 液,第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2,一、磷酸戊糖途径的反应过程,*反应过程可分为二个阶段,第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,1.磷酸戊糖生成,5-磷酸核糖,催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH+H+。反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,每3分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。,3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可进入酵解途径。因此，磷酸戊糖途径也称磷酸戊糖旁路(pentose phosphate shunt)。,2.基团转移反应,5-磷酸核酮糖(C5)3,5-磷酸核糖 C5,磷酸戊糖途径,第一阶段,第二阶段,+,+,+,5-磷酸核糖,7-磷酸景天糖,3-磷酸甘油醛,转酮醇酶,5-磷酸核酮糖,4-磷酸赤藓糖,F-6-P,转醛醇酶,总反应式,36-磷酸葡萄糖+6 NADP+,26-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6NADPH+H+3CO2,磷酸戊糖途径的生理意义,1为核酸的生物合成提供核糖。2提供NADPH作为供氢体参加多种代谢反应。,第 五 节 糖原的合成与分解 Glycogenesis and Glycogenolysis,是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。,糖 原(glycogen),糖原储存的主要器官及其生理意义,1.葡萄糖单元以-1,4-糖苷 键形成长链。2.约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以-1,6-糖苷键连接，分支增加，溶解度增加。3.每条链都终止于一个非还原端.非还原端增多，以利于其被酶分解。,糖原的结构特点及其意义,目 录,一、糖原的合成代谢,（二）合成部位,（一）定义,糖原的合成(glycogenesis)指由葡萄糖合成糖原的过程。,组织定位：主要在肝脏、肌肉细胞定位：胞浆,1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,（三）糖原合成途径,2.6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖,这步反应中磷酸基团转移的意义在于：由于延长形成-1,4-糖苷键，所以葡萄糖分子C1上的半缩醛羟基必须活化，才利于与原来的糖原分子末端葡萄糖的游离C4羟基缩合。,半缩醛羟基与磷酸基之间形成的O-P键具有较高的能量。,*UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。,+,3.1-磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖,1-磷酸葡萄糖,尿苷二磷酸葡萄糖(uridine diphosphate glucose,UDPG),4.-1,4-糖苷键式结合,*糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物(primer)，作为UDPG 上葡萄糖基的接受体。,（四）糖原分枝的形成,目 录,近来人们在糖原分子的核心发现了一种名为glycogenin的蛋白质。Glycogenin可对其自身进行共价修饰，将UDP-葡萄糖分子的C1结合到其酶分子的酪氨酸残基上，从而使它糖基化。这个结合上去的葡萄糖分子即成为糖原合成时的引物。,糖原合成过程中作为引物的第一个糖原分子从何而来？,目 录,糖原的合成,葡萄糖激酶,二、糖原的分解代谢,*定义,*亚细胞定位：胞 浆,*肝糖元的分解,1.糖原的磷酸解,糖原分解(glycogenolysis)习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。,3.1-磷酸葡萄糖转变成6-磷酸葡萄糖,4.6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖,2.脱枝酶的作用,转移葡萄糖残基水解-1,6-糖苷键,转移酶活性,目 录,*肌糖原的分解,肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成6-磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组织中不存在葡萄糖-6-磷酸酶，所以生成的6-磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。肌糖原的分解与合成与乳酸循环有关。,G-6-P的代谢去路,G（补充血糖）,G-6-P,F-6-P（进入酵解途径）,G-1-P,Gn（合成糖原）,UDPG,6-磷酸葡萄糖内酯（进入磷酸戊糖途径）,葡萄糖醛酸（进入葡萄糖醛酸途径）,小 结,反应部位：胞浆,3.糖原的合成与分解总图,三、糖原合成与分解的调节,这两种关键酶的重要特点：*它们的快速调节有共价修饰和变构调节二种方式。*它们都以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。,调节有级联放大作用，效率高；,两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反；,此调节为酶促反应，调节速度快；,受激素调节。,1.共价修饰调节,磷酸化酶b激酶,糖原合酶,糖原合酶-P,磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,磷蛋白磷酸酶抑制剂,肌肉内糖原代谢的二个关键酶的调节与肝糖原不同,*在糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素的调节，而肌肉主要受肾上腺素调节。*肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的变构效应物主要为AMP、ATP及6-磷酸葡萄糖。,调节小结,双向调控：对合成酶系与分解酶系分别进行调节，如加强合成则减弱分解，或反之。,双重调节：别构调节和共价修饰调节。,肝糖原和肌糖原代谢调节各有特点：如：分解肝糖原的激素主要为胰高血糖素，分解肌糖原的激素主要为肾上腺素。,关键酶调节上存在级联效应。,关键酶都以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。,四、糖原积累症,糖原累积症(glycogen storage diseases)是一类遗传性代谢病，其特点为体内某些器官组织中有大量糖原堆积。引起糖原累积症的原因是患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类。,糖原积累症分型,第 六 节 糖 异 生Gluconeogenesis,糖异生(gluconeogenesis)是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。,*部位,*原料,*概念,主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体,主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸,一、糖异生途径,*定义,*过程,酵解途径中有3个由关键酶催化的不可逆反应。在糖异生时，须由另外的反应和酶代替。,糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的、可逆的；,糖异生途径(gluconeogenic pathway)指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。,乳酸,糖酵解,已糖激酶,6-磷酸果糖激酶-1,丙酮酸激酶,三个不可逆反应,糖异生,果糖双磷酸酶-1,葡萄糖-6-磷酸酶,第1步,第2步,第3步,草酰乙酸,丙酮酸羧化支路,丙酮酸羧化酶,磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶,1.丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),丙酮酸,草酰乙酸,PEP,丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶为生物素（反应在线粒体）,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在线粒体、胞液）,草酰乙酸转运出线粒体,丙酮酸,线粒体,胞液,丙酮酸,草酰乙酸,磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）,PEP,苹果酸,苹果酸,草酰乙酸,天冬氨酸,天冬氨酸,草酰乙酸,(胞液),(线粒体),羧化酶,羧激酶,羧激酶,羧激酶,NAD+,NADH+H+,NADH+H+,NAD+,3-磷酸甘油激酶,3-磷酸甘油脱氢酶,糖异生途径所需NADH+H+的来源,糖异生途径中，1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油醛时，需要NADH+H+。,由氨基酸为原料进行糖异生时，NADH+H+则由线粒体内NADH+H+提供，它们来自于脂酸的-氧化或三羧酸循环，NADH+H+转运则通过草酰乙酸与苹果酸相互转变而转运。,2.1,6-双磷酸果糖 转变为 6-磷酸果糖,3.6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,非糖物质进入糖异生的途径,糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物,上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径，异生为葡萄糖或糖原,目 录,乳酸循环(lactose cycle)（Cori 循环）,循环过程,葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乳酸,乳酸,丙酮酸,血液,生理意义,乳酸再利用，避免了乳酸的损失。,防止乳酸的堆积引起酸中毒。,乳酸循环是一个耗能的过程,2分子乳酸异生为1分子葡萄糖需6分子ATP。,三、糖异生的生理意义,（一）维持血糖浓度恒定,（二）补充肝糖原,三碳途径：指进食后，大部分葡萄糖先在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化合物，再进入肝细胞异生为糖原的过程。,（三）调节酸碱平衡（乳酸异生为糖）,二、糖异生的调节,在前面的三个反应过程中，作用物的互变分别由不同酶催化其单向反应，这种互变循环称之为底物循环(substratecycle)。,因此，有必要通过调节使糖异生途径与酵解途径相互协调，主要是对前述底物循环中的后2个底物循环进行调节。,当两种酶活性相等时，则不能将代谢向前推进，结果仅是ATP分解释放出能量，因而称之为无效循环(futile cycle)。,1.丙酮酸激酶（1）1,6-双磷酸果糖是丙酮酸激酶的别构激活剂 胰高血糖素2,6-双磷酸果糖 1,6-双磷酸果糖（2）胰高血糖素 cAMP 丙酮酸激酶磷酸化失活（3）丙酮酸激酶可被丙氨酸（糖异生原料）抑制。2.丙酮酸羧化酶（1）乙酰CoA存在，丙酮酸羧化酶才有活性。（2）乙酰CoA对丙酮酸脱氢酶有抑制作用。,胰高血糖素:cAMP 蛋白激酶A 6-磷酸果糖激酶-2(磷酸化,失活)2，6-二磷酸果糖 促进糖异生,抑制糖的分解。胰岛素:作用相反2，6-二磷酸果糖目前被认为是肝内调节糖的分解或糖异生方向的主要信号。,第 七 节 血糖及其调节Blood Glucose and The Regulation of Blood Glucose Concentration,*血糖，指血液中的葡萄糖。,*血糖水平，即血糖浓度。正常血糖浓度：3.896.11mmol/L,血糖及血糖水平的概念,血糖水平恒定的生理意义,保证重要组织器官的能量供应，特别是某些依赖葡萄糖供能的组织器官。,脑组织不能利用脂酸，正常情况下主要依赖葡萄糖供能；红细胞没有线粒体，完全通过糖酵解获能；骨髓及神经组织代谢活跃，经常利用葡萄糖供能。,血糖,一、血糖来源和去路,二、血糖水平的调节,*主要依靠激素的调节,（一）胰岛素,促进葡萄糖转运进入肝外细胞；,加速糖原合成，抑制糖原分解；,加快糖的有氧氧化；,抑制肝内糖异生；,减少脂肪动员。,体内唯一降低血糖水平的激素,胰岛素的作用机制:,（二）胰高血糖素,促进肝糖原分解，抑制糖原合成；,抑制酵解途径，促进糖异生；,促进脂肪动员。,体内升高血糖水平的主要激素,*此外，糖皮质激素和肾上腺素也可升高血糖，肾上腺素主要在应急状态下发挥作用。,胰高血糖素的作用机制：,（三）糖皮质激素,引起血糖升高，肝糖原增加,糖皮质激素的作用机制可能有两方面：促进肌肉蛋白质分解，分解产生的氨基酸转移到肝进行糖异生。抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖，抑制点为丙酮酸的氧化脱羧。,*此外，在糖皮质激素存在时，其他促进脂肪动员的激素才能发挥最大的效果，间接抑制周围组织摄取葡萄糖。,（四）肾上腺素,强有力的升高血糖的激素,肾上腺素的作用机制,通过肝和肌肉的细胞膜受体、cAMP、蛋白激酶级联激活磷酸化酶，加速糖原分解。主要在应激状态下发挥调节作用。,*葡萄糖耐量(glucose tolerence),正常人体内存在一套精细的调节糖代谢的机制，在一次性食入大量葡萄糖后，血糖水平不会出现大的波动和持续升高。,指人体对摄入的葡萄糖具有很大的耐受能力的现象。,糖耐量试验(glucose tolerance test,GTT),目的：临床上用来诊断病人有无糖代谢异常。,口服糖耐量试验的方法,被试者清晨空腹静脉采血测定血糖浓度，然后一次服用100g葡萄糖，服糖后的1/2、1、2h（必要时可在3h）各测血糖一次。以测定血糖的时间为横坐标（空腹时为0h），血糖浓度为纵坐标，绘制糖耐量曲线。,糖耐量曲线,正常人：服糖后1/21h达到高峰，然后逐渐降低，一般2h左右恢复正常值。,糖尿病患者：空腹血糖高于正常值，服糖后血糖浓度急剧升高，2h后仍可高于正常。,三、血糖水平异常,（一）高血糖及糖尿症,1.高血糖(hyperglycemia)的定义,2.肾糖阈的定义,临床上将空腹血糖浓度高于7.227.78mmol/L称为高血糖。,当血糖浓度高于8.8910.00mmol/L时，超过了肾小管的重吸收能力，则可出现糖尿。这一血糖水平称为肾糖阈。,3.高血糖及糖尿的病理和生理原因,持续性高血糖和糖尿，主要见于糖尿病(diabetes mellitus,DM)。,型（胰岛素依赖型）型（非胰岛素依赖型）,b.血糖正常而出现糖尿，见于慢性肾炎、肾病综合征等引起肾对糖的吸收障碍。,c.生理性高血糖和糖尿可因情绪激动而出现。,糖尿病可分为二型:,(二）低血糖,1.低血糖(hypoglycemia)的定义,2.低血糖的影响,空腹血糖浓度低于3.333.89mmol/L时称为低血糖。,血糖水平过低，会影响脑细胞的功能，从而出现 头晕、倦怠无力、心悸等症状，严重时出现昏迷，称为低血糖休克。,3.低血糖的病因,胰性（胰岛-细胞功能亢进、胰岛-细胞功能低下等）肝性（肝癌、糖原积累病等）内分泌异常（垂体功能低下、肾上腺皮质功能低下等）肿瘤（胃癌等）饥饿或不能进食,糖 代 谢 小 结,糖原合成,糖原分解,糖原,G-1-P,G,G-6-P,F-6-P,F-1,6-2P,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,5-磷酸核糖,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乙酰CoA,1,3-2磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,乳酸,丙氨酸,三羧酸循环,磷酸甘油,甘油,草酰乙酸,-,H2O+CO2,磷酸戊糖途径,糖的有氧氧化,糖酵解,糖异生,一、名词解释：糖酵解、糖酵解途径、糖的有氧氧化、三羧酸循环、底物水平磷酸化、磷酸戊糖途径、分枝酶、糖原引物蛋白（glycogenin）、脱支酶、糖异生、乳酸循环二、问答：1糖酵解的反应过程？2糖酵解反应的特点及生理意义？3三羧酸循环的反应过程及特点（图示关键酶、脱氢反应的位置）？4三羧酸循环的生理意义？5磷酸戊糖途径的生理意义？6糖异生如何绕过三个“能障”，需要什么酶的参与（请注明进出线粒体的位置，可以图示）？7乳酸生成葡萄糖的反应过程（请注明进出线粒体的位置，可以图示）？,